А.И.Николаев¹, Л.Г.Герасимова¹, А.И.Калугин², Ю.В.Плешаков²

1 - Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН
2 - ОАО «Апатит»

Сырьевой характер экономики при эксплуатации природных ресурсов Мурманской области, как и России в целом, свидетельствует о низкой эффективности использования сырья. Опыт использования минеральных ресурсов другими развитыми странами (Австралия, Германия, Канада, США, Финляндия и др.) свидетельствуют, что будущее благополучие горно-обогатительного предприятия тесно связано с развитием химических технологий минерального сырья. При добыче и обогащении комплексных руд, к которым относятся апатит-нефелиновые руды (АНР) ОАО «Апатит», существуют сложные проблемы более полного извлечения целевых концентратов в условиях ухудшения качества руды (снижения содержания извлекаемых минералов). В АНР обращают внимание на 5 основных породообразующих минералов: апатит, нефелин, сфен, эгирин, титаномагнетит.

При этом, вопросам возможности попутного извлечения нецелевых на текущий момент минеральных концентратов уделяется мало внимания. Интенсивное освоение минеральных ресурсов АНР сопровождается образованием значительных количеств отходов добычи и обогащения. В докладе на примере вовлечения в переработку отходов обогащения предприятия показана возможность получения дефицитной продукции, обладающей высокими потребительскими свойствами, из доступного сырья и расширения сырьевой базы при одновременном сокращении количества отходов.

В основу концепции переработки отходов нами закладывается идея создания замкнутой технологической системы, чтобы отходы одной отрасли служили сырьевой базой для смежного производства. Благоприятным для эффективной переработки и комплексного использования техногенного сырья является и сам фактор его расположения на поверхности, в основном в дезинтегрированном виде, подготовленном для технологической переработки. В основу новой технологической схемы положен принцип каскадных реакций, заключающийся в том, что в результате протекания серии последовательно-параллельных реакций часть образующихся продуктов является компонентами следующих стадий технологического передела.

Так, в процессе сернокислотного воздействия из полиминеральных отходов происходит постепенное выщелачивание компонентов в жидкую фазу с последующей конверсией их в новые соединения, которые самостоятельно или в совокупности с другими соединениями, являются конечными продуктами.

При реализации разработанной схемы утилизации отходов нефелинового передела могут быть получены следующие продукты:

коагулянт-флокулянт для сгущения суспензий с тонкодисперсной твёрдой фазой и очистки воды от масла, взвесей; антикоррозионный состав, состоящий из кислого фосфата алюминия и кремнегеля; сорбент на основе гидрофосфата титана для очистки токсичных жидких стоков; сухие строительные смеси; сфеновый и эгириновый концентраты для получения пигментов для атмосферостойких красок и грунтовок. Исключительно перспективным представляется комбинирование отходов и попутных продуктов ОАО «Апатит», Кольской ГМК или других предприятий с получением новых видов ценной продукции, непрофильной для каждого из них.

Технологические схемы синтеза новых продуктов из отходов разрабатываются в тесном сотрудничестве с ОАО «Апатит», с использованием установок учёных КНЦ РАН и опытно-промышленной базы ОАО «Апатит». Одновременно проводится поиск эффективных областей их применения. Сами породообразующие и акцессорные минералы также могут рассматриваться как перспективные функциональные материалы. Только скоординированные действия ОАО «Апатит», ученых и потенциальных потребителей позволят организовать производство, гарантировать стабильное качество продукции, ее экологическую безопасность и соответствие требованиям потребителей.

Новые области использования продуктов обладают высокой потенциальной емкостью, чтобы обеспечить ощутимое сокращение отходов. К числу отраслей промышленности, использующих большие объемы сырья, относятся строительная и лакокрасочная индустрия. Постоянно растет их спрос на пигменты, пигментные наполнители, диспергирующие составы, загустители и т.д. Продукты с пигментными свойствами широко применяются также при изготовлении пластмасс, бумаги, резины. На отечественном рынке перечисленные продукты относятся к дефицитным товарам, что ограничивает их более широкое использование.

При разработке варианта технологии, в котором предполагается получение универсального титанового прекурсора, пригодного для его преобразования в продукты различного назначения, учитывающего потребности рынка, а также получение дополнительных продуктов за счет утилизации отходов технологии. Технология всесторонне изучена, и результаты исследований применены к конкретным способам переработки сфенового концентрата (разработки защищены 9 патентами).

В настоящее время чётко просматривается перспектива организации производства сфенового концентрата как компонента сварочных материалов и минерального пигмента, а также для получения на его основе комплексных дубителей кож, титановых сорбентов и пигментов. Технологии прошли все стадии подготовки их к внедрению - лабораторные исследования, опытно-промышленная проверка, наработка промышленных партий продукта и их испытания на предприятиях потребителях этих продуктов. Проведена ориентировочная технико-экономическая оценка производства нового производства.

Ориентировочные потребности отечественных сварочных производств в сфеновом концентрате оцениваются в 5 тыс. т/год. С учётом низкого содержания сфена в сырье (~3%) и низкого его выхода в целевой концентрат необходимо переработать более 200 тыс. т хвостов обогащения АНР. В тоже время в Хибинских месторождениях достаточно часто встречаются так называемые сфенитовые линзы, в которых содержание сфена составляет от 50 до более 80%. Они могут обеспечить сырьевые потребности для производства необходимого количества сфена требуемого качества, в том числе решить проблему снижения удельной радиоактивности концентрата из-за присутствия минеральной примеси перовскита до величин, снимающих ограничение его использования по радиационному фактору (Аэфф. менее 370 Бк/кг).

Нефелиновый концентрат, также как и сфеновый, является перспективным для использования в составе сварочных материалов. Нам удалось решить сложную задачу обеспечения его необходимого качества по содержанию лимитируемых примесей фосфора и серы. Концентрат после микроизмельчения аналогично каолину и тальку может использоваться в качестве наполнителя шпатлевок и грунтовок.

Полученные на его основе синтетические алюмосиликаты относятся к активным наполнителям (АСН) и основной эффект от их применения сводится к улучшению распределения частиц пигмента в покрытии и созданию микрообластей с неодинаковыми показателями преломления, что повышает светорассеяние и улучшает укрывистость. Положительный эффект влияния АСН на укрывистость эмали позволяет снизить в составе рецептуры последней содержание пигмента (диоксида титана) в среднем на 15%. Синтетические АСН повышают также стойкость лакокрасочного покрытия к истиранию и воздействию воды за счет его армирования. Армирование обеспечивается структурированием связующего активными центрами АСН. Все названные свойства ЛКМ, в состав которых входят АСН, позволяют использовать красочные системы, как внутри, так и снаружи помещений. Покрытия обладают хорошими декоративными и техническими свойствами. Подбирая условия синтеза АСН, можно регулировать его свойства и, соответственно, свойства ЛКМ, приготовленных на его основе (диспергируемость, устойчивость к выдержке, вязкость, глянец и т.д.).

Минеральные концентраты из АНР по стоимости их производства наименее затратные по требуемым вложениям средств, но они не дают большого экономического эффекта, т.к. стоимость концентратов наиболее низкая, по сравнению с синтетическими продуктами. Поэтому производство последних должно присутствовать при переработке отходов АНР. Побочные продукты переработки отходов АНР также не приносят большой прибыли, но они минимизируют количество отходов и в целом улучшают экономические показатели производства.

Наиболее прибыльным является инновационное производство перспективных синтетических продуктов - титановые дубители, титано-фосфатный сорбент, нанопористые титаносиликатные продукты различного назначения. Если технология первых двух продуктов близка к реализации, то последний относится к менее изученным, как по технологии получения, так и по применению.В работе определены ориентировочные потребности внутреннего рынка, объемы производства основных и побочных продуктов обогащения АНР и их переработки, а также их стоимость.

Наши усилия сегодня направлены на продвижение разработанных технологий до стадии реализации, а также на маркетинговые исследования, формирование рынка новых товаров - концентратов комплексного обогащения АНР и продуктов их переработки.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона